Question

【題目】德國景天可以生活在高溫、干旱的環境中，科研人員對其進行了研究。

（1）植物適應不同環境有不同代謝途徑，圖1為兩類常見的碳固定模式。

據圖分析，模式一和二都在多種酶的催化作用下，將_______轉變成糖類。除此以外，模式一和模式二的整個光合作用過程還有許多共同點，請列舉出其中的兩點：_______。

（2）為確定德國景天的碳固定模式，研究人員將德國景天分為甲、乙兩組，一次性澆足水后，甲組正常澆水，乙組停止澆水，每隔10天，測定葉片的胞間CO2濃度和PEP羧化酶的活性，結果如圖2。

據實驗結果分析，德國景天的碳固定模式為________，請從下列證據中，選出所有支持判斷的證據_______。

①甲組的胞間CO2濃度較高，且無明顯變化

②乙組胞間CO2濃度明顯降低，且低于實驗初期

③甲組的PEP羧化酶活性較低，且無明顯變化

④乙組PEP羧化酶活性明顯升高，且高于實驗初期

（3）綜合上述研究，請對德國景天為何能適應高溫、干旱作出解釋：_______。

Answer 1

【答案】CO2 都分解水產生氧氣；暗（碳）反應都需要光反應提供ATP和[H]；都在葉綠體基質中進行暗（碳）反應；暗（碳）反應都包括 CO2的固定和還原過程；都可將光能轉變成化學能儲存 模式一、模式二 ①③、②④ 夜間氣孔打開，PEP羧化酶活性高，固定CO2形成蘋果酸，儲存在液泡中；白天氣孔關閉、減少水分散失，但蘋果酸分解提供暗（碳）反應所需的二氧化碳，不影響光合作用進行

【解析】

題意模式一是正常的暗反應過程，即包括二氧化碳的固定和C3的還原過程；模式二顯示應對干旱、高溫環境條件下的二氧化碳固定模式，在晚上，氣孔張開，吸收二氧化碳，二氧化碳以蘋果酸的形式儲存起來，到了白天，光反應進行，此時氣孔盡管呈關閉狀態，但在細胞內，蘋果酸可以分解產生二氧化碳用于暗反應的正常進行，這樣彌補了氣孔關閉帶來的不利影響。

（1）不管哪種模式其本質都是在多種酶的催化作用下，將CO2轉變成糖類。據圖可知，模式一和模式二的整個光合作用過程有許多共同點，如都分解水產生氧氣；暗（碳）反應都需要光反應提供ATP和[H]；都在葉綠體基質中進行暗（碳）反應；暗（碳）反應都包括 CO2的固定和還原過程；都可將光能轉變成化學能儲存等。

（2）實驗結果顯示，甲組的胞間CO2濃度較高，且無明顯變化，并且甲組的PEP羧化酶活性較低，且無明顯變化，因此根據①③可知德國景天在正常澆水的情況下會通過模式一固定二氧化碳，對于乙組來講，隨著干旱程度的加深，胞間CO2濃度明顯降低，且低于實驗初期，乙組PEP羧化酶活性明顯升高，且高于實驗初期，因此根據②④可推測當德國景天處于干旱環境中時，會通過模式二進行二氧化碳的固定，綜合分析可知德國景天的碳固定模式為模式一、模式二，前者是在正常環境條件下的固定二氧化碳的模式，后者是在高溫、干旱條件下固定二氧化碳的模式，這樣生理特性能夠提高德國景天對不良環境的適應能力。

（3）綜合上述研究發現，在白天高溫、干旱的情況下，德國景天氣孔關閉導致二氧化碳無法進入細胞內，但是在夜間已經完成了二氧化碳的儲存，即夜間氣孔打開，PEP羧化酶活性高，固定CO2形成蘋果酸，儲存在液泡中；到了白天，氣孔雖然關閉，但可以利用儲存的二氧化碳進化光合作用，即蘋果酸分解提供暗（碳）反應所需的二氧化碳，不影響光合作用進行，同時白天氣孔關閉、也能減少水分散失，因此德國景天能順利度過干旱、高溫環境。